Ziel des Beitrages der Universität Trier an NanoUmwelt ist es, Verbleib, Erscheinungsformen, Dynamik und insbesondere Effekte von Nanomaterialien im Umweltkompartiment Boden zu erforschen. Es soll dabei zwischen verschiedenen Nanomaterialien (AgNP, TiO2NP, CNTs, Polymere), als auch zwischen verschiedenen Eintragspfaden, wie dem direkten und indirekten (Klär-/Belebtschlamm) Eintrag, differenziert werden. Aus bodenkundlicher Sicht ist es bedeutsam, verschiedene Böden mit unterschiedlichen Eigenschaften, insbesondere hinsichtlich Humusgehalt, Humusqualität, Bodenart und pH-Wert sowie den damit verbundenen Kenngrößen und Pools (z.B. Humus, Austauschkapazität; mikrobielle Biomasse) verschiedener Böden Rechnung zu tragen. Im Raum Trier werden daher verschiedene Bodenproben (vorzugsweise aus landwirtschaftlicher Nutzung) gesammelt, ihre Bodeneigenschaften charakterisiert und anschließend für Batch- und Laborversuche vorbereitet. Die NM werden durch die Projektpartner zeitlich gestaffelt und in funktionalisierter Form (Amino-, Hydroxy-, Carboxy- Gruppen) bereitgestellt. In Batchversuchen werden bodenkundliche Untersuchungen zur Dynamik von NM in verschiedenen Böden durchgeführt und somit verstärkt die Heterogenität von Böden und Bodeneigenschaften berücksichtigt, was für das Verhalten von NP relevant sein wird. In Laborversuchen werden ökotoxikologische Endpunktversuche jeweils über einen Zeitraum von sechs Monaten durchgeführt. Zur Beurteilung von Effekten von NM in Böden werden deshalb bodenmikrobiologische und molekularbiologische Methoden (Bakterien) und immunologisch-histologische Untersuchungen an Regenwürmern durchgeführt. Aus methodischer Sicht werden somit klassische Methoden mit einem hohen Indikatorpotenzial durch modernste, innovative Analysenverfahren ergänzt.
In einem Fünftel der in Europa für Windenergie geeigneten Gebiete kann es zu Vereisung von Rotorblättern an Windrädern kommen. Dies führt zu einer drastischen Reduzierung der Energieausbeute. Um dies zu verhindern wurde bisher heiße Luft von innen bis in die Spitzen der Rotorblätter geblasen oder die Vorderkanten der Blätter durch eine Widerstandsheizung beheizt. Das Fraunhofer-Institut für Produktionstechnik und Automatisierung hat im Rahmen des EU-Projekts „Windheat“ ein neuartiges Heizsystem für Rotorblätter entwickelt. Das Heizsystem besteht aus mehreren Sensoren, die sich auf der Oberseite des Rotorblatts befinden und einer Heizschicht. Sobald der Sensor Eis registriert, wird die Heizung aktiviert und innerhalb von fünf Sekunden wird das Eis geschmolzen. Die innovative Heizschicht besteht dabei aus Kohlenstoff-Nanotubes und fungiert als Widerstandsheizelement, das durch Anlegen von Strom Wärme abgibt. Dabei wird der Strom fast vollständig in Wärme umgewandelt. Das neuentwickelte Heizverfahren zeichnet sich durch eine höhere Energieeffizienz im Vergleich zur herkömmlichen Heizmethode aus.
Forschende der Technischen Hochschule Köln haben in Kooperation mit dem griechischen Institut Demokritos sowie den Firmen FutureCarbon und Advise eine neuartige, innovative Membrantechnologie zur Gasabtrennung entwickelt. Dabei lag insbesondere die Abtrennung des klimarelevanten CO2 im Fokus. Das Forschungsteam realisiert dafür eine auf Polymer basierende Mixed-Matrix-Membran mit integrierten Kohlenstoff-Nanoröhrchen (Carbon-Nanotubes). Für die Grundbasis der Membran werden Kohlenstoffpartikel in einer flüssigen Polymerlösung mittels eines speziellen Verfahrens, der Redispergierung, aufgelöst. Anschließend wird die Dispersion, also das Gemisch aus Polymerlösung und Carbon-Nanotubes mit Hilfe eines sogenannten Spin Coaters auf ein poröses Trägermaterial aufgetragen. Dabei bildet sich eine gleichmäßige, wenige Mikrometer dicke, aktive Membranschicht aus. Weitere Untersuchungen der Gastrenneigenschaften zeigten, dass die neu entwickelte Membran eine hohe Selektivität, Permeabilität als auch die gewünschte mechanische Stabilität aufweist. Damit lässt sich die Membran unter anderem zur Aufbereitung von Biogas einsetzen, um Verunreinigungen wie CO2 zu entfernen. Dies erhöht die Qualität erheblich und ermöglicht die weitere Nutzung des aufbereiteten Biogases wie zum Beispiel die Einspeisung ins Gasnetz. Damit wird der Einsatz fossiler Energieträger reduziert – das schont Klima und Ressourcen.
Im Rahmen des Projektes COATEMO II sollen funktionalisierte Multilayer-Graphene als hochleitfähiges Additiv und als Matrix für mikro- oder nanoskaliges Silizium (Si) als Speichermaterial für Lithium-Ionen Batterien (LIB) erforscht und zusammen mit Silizium in einem Sprühtrocknungsverfahren zu einem hochenergetischen Kompositmaterial für Anoden verarbeitet werden. Dessen Verfügbarkeit und Verarbeitbarkeit zu Anoden werden im Labor- und Technikumsmaßstab demonstriert. Die Partner bringen ihr Know-How in Kohlenstoff- und Silizium-Aktivmaterialien sowie in der Batterie-Prozesstechnologie ein. Die Prozesse sollen so gestaltet werden, dass später das Anodenmaterial zum Einsatz in Lithium-Batterien wirtschaftlich sinnvoll produzierbar ist. Im Teilvorhaben der FC sollen Nano-Kohlenstoff-basierte Dispersionen mit Additiven und mit Aktivmaterial-basierten Co-Dispersionen entwickelt werden, die im Bereich der Herstellung von Li-Ionen-Batterie-Anoden Verwendung finden. FutureCarbon wird Dispersionen, die vor allem als Additiv im Verbund mit den zu entwickelten Aktiv-Materialien eingesetzt und darauf optimiert werden, entwickeln und produzieren. Da Silizium eine relativ große Volumenänderung beim Be- und Entladen mit Lithium-Ionen hat soll diese durch den Einsatz von Kohlenstoff-Nanotubes und Graphene reduziert werden. Das erhöht die Lebensdauer der Anode und damit auch der Li-Ionen-Batterie. Die Herstellung der pastösen Dispersionen bzw. Zubereitungen soll im Laufe des Projektes mittels eines neuen Verfahrens vorgenommen und evaluiert werden.